(57)【要約】【課題】  撮影画面内の各領域のピント状態（ベストピント、前ピン、後ピン又はボケ等）を検出して主要被写体領域をベストピントの領域に移動させることにより、撮影画面内において主要被写体が移動した場合に、主要被写体に継続して合焦させることができるオートフォーカス装置を提供する。【解決手段】  撮影画面１４０内の領域１４０Ａごとにピント状態が検出される（ステップＳ１６）。そして、上記ＡＦ枠１４２内のベストピントの領域群の移動に合わせてＡＦ枠１４２が移動するとともに（ステップＳ１８）、このＡＦ枠１４２内の被写体１４４がベストピントとなるように、自動的にフォーカシングが行われる（ステップＳ２０）。【選択図】      図８
2007025595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影画面内において、主要な被写体を含む主要被写体領域を設定する領域設定手段と、
前記設定された主要被写体領域に含まれる主要被写体のピント状態がベストピント状態になるようにフォーカスの制御を行うフォーカス制御手段と、
前記撮影画面を複数の領域に分割し、各領域のピント状態を取得するピント状態取得手段と、
前記取得された各領域のピント状態を記憶するピント状態記憶手段と、
前記記憶された各領域のピント状態を参照して、前記主要被写体領域内及び近傍、又は前記主要被写体領域内に位置し、かつ、ベストピント状態の領域群の移動を検出する移動検出手段と、
前記主要被写体領域内及び近傍、又は前記主要被写体領域内に位置し、かつ、前記ベストピント状態の領域群の移動に合わせて、前記主要被写体領域を移動させる領域移動手段と、
を備えることを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記ピント状態は、ベストピント状態、前ピン、後ピン又はボケの状態を含むことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
撮影レンズに入射した被写体光を記録又は再生用の映像信号を取得するための映像用撮像素子に導く本線光路からピント状態検出用の被写体光を分離する被写体光分離手段と、
前記分離されたピント状態検出用の被写体光を光路長が異なる位置に配置された複数の撮像面によって撮像する撮像素子と、
前記撮像素子の複数の撮像面によって撮像して得られた映像信号に基づいて被写体像の焦点評価値を、前記領域ごとに算出する焦点評価値算出手段とを更に備え、
前記ピント状態取得手段は、前記焦点評価値に基づいて前記各領域のピント状態を取得することを特徴とする請求項１又は２記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記領域移動手段による前記主要被写体領域の移動を停止させる移動停止手段を更に備え、
前記領域設定手段は、前記主要被写体領域の移動が停止されると、前記主要被写体領域の設定を受け付けることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記領域移動手段による前記主要被写体領域の移動が実行されている間に、前記領域設定手段が実行されると、前記領域設定手段の操作が優先して受け付けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のオートフォーカス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオートフォーカス装置に係り、特に撮影レンズのオートフォーカス制御において合焦検出に用いられる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮影画面内においてオートフォーカスを行うＡＦエリアが設定されているカメラシステムでは、ピントを合わせたい被写体がＡＦエリア内に入るようにフレーミングを行うか、撮影画面内におけるＡＦエリアの位置を被写体の動きに合わせて移動させることが行われている。ところが、動作の速い、又は、形状変化が激しい被写体を撮影する際には、ＡＦエリア内に被写体を入れたまま撮影を行うことが難しい場合がある。このような問題を解決するために、例えば、特許文献１及び２には、撮影画面内において被写体を追尾する技術について開示されている。
【特許文献１】特許第２６６３４５１号公報
【特許文献２】特許第２６７５８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の特許文献１及び２に開示された技術は、撮影画面内において設定された領域の内外における平均輝度レベルの差や、撮影画面内におけるコントラストが最大の領域に合わせて合焦検出領域を移動させるものであった。しかしながら、被写体と背景との間の平均輝度差が小さい画像では、平均輝度レベルの差に基づいて被写体の位置を検出して被写体の移動を追尾するのは困難であった。また、撮影画面内においてコントラストが高い領域が合焦している領域とは限らないため、追尾したい主要被写体とは別のコントラストの高い被写体（例えば、縞模様の物体や壁、看板等）に合焦検出領域が移動してしまう等の誤作動が生じるおそれがあった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、撮影画面内において主要被写体が移動した場合に、主要被写体に継続して合焦させることができるオートフォーカス装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１に係るオートフォーカス装置は、撮影画面内において、主要な被写体を含む主要被写体領域を設定する領域設定手段と、前記設定された主要被写体領域に含まれる主要被写体のピント状態がベストピント状態になるようにフォーカスの制御を行うフォーカス制御手段と、前記撮影画面を複数の領域に分割し、各領域のピント状態を取得するピント状態取得手段と、前記取得された各領域のピント状態を記憶するピント状態記憶手段と、前記記憶された各領域のピント状態を参照して、前記主要被写体領域内及び近傍、又は前記主要被写体領域内に位置し、かつ、ベストピント状態の領域群の移動を検出する移動検出手段と、前記主要被写体領域内及び近傍、又は前記主要被写体領域内に位置し、かつ、前記ベストピント状態の領域群の移動に合わせて、前記主要被写体領域を移動させる領域移動手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項１に係るオートフォーカス装置によれば、各領域のピント状態（ベストピント、前ピン、後ピン又はボケ等）を記憶しておくことにより、主要被写体よりもコントラストが高い被写体がある場合にも、主要被写体を正確に検出して、主要被写体領域を移動させることができる。
【０００７】
請求項２に係るオートフォーカス装置は、請求項１において、前記ピント状態は、ベストピント状態、前ピン、後ピン又はボケの状態を含むことを特徴とする。請求項２は、請求項１のピント状態を限定したものである。
【０００８】
請求項３に係るオートフォーカス装置は、請求項１又は２において、撮影レンズに入射した被写体光を記録又は再生用の映像信号を取得するための映像用撮像素子に導く本線光路からピント状態検出用の被写体光を分離する被写体光分離手段と、前記分離されたピント状態検出用の被写体光を光路長が異なる位置に配置された複数の撮像面によって撮像する撮像素子と、前記撮像素子の複数の撮像面によって撮像して得られた映像信号に基づいて被写体像の焦点評価値を、前記領域ごとに算出する焦点評価値算出手段とを更に備え、前記ピント状態取得手段は、前記焦点評価値に基づいて前記各領域のピント状態を取得することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係るオートフォーカス装置によれば、１フィールド（又は、１フレーム）の画像信号から、上記各領域のピント状態を検出することができるので、高速かつ高精度に主要被写体領域を移動させることができる。
【００１０】
請求項４に係るオートフォーカス装置は、請求項１から３において、前記領域移動手段による前記主要被写体領域の移動を停止させる移動停止手段を更に備え、前記領域設定手段は、前記主要被写体領域の移動が停止されると、前記主要被写体領域の設定を受け付けることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係るオートフォーカス装置によれば、例えば、撮影中に主要被写体を変更したい場合に、主要被写体領域を手動で設定することができる。
【００１２】
請求項５に係るオートフォーカス装置は、請求項１から３において、前記領域移動手段による前記主要被写体領域の移動が実行されている間に、前記領域設定手段が実行されると、前記領域設定手段の操作が優先して受け付けられることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係るオートフォーカス装置によれば、領域移動手段により主要被写体領域を自動的に追尾させている最中に、手動により主要被写体領域の設定の割り込み操作を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、撮影画面が分割された各領域のピント状態（ベストピント、前ピン、後ピン又はボケ等）を記憶しておき、ベストピントの領域に移動させることにより、主要被写体よりもコントラストが高い被写体がある場合にも、主要被写体を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカス装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るオートフォーカス装置が適用されるテレビカメラシステムの主要構成を示すブロック図である。同図に示すテレビカメラシステム１は、カメラ本体１０、撮影レンズ１１及びＡＦ枠操作部１２を備える。なお、ＡＦ枠操作部１２については後述する。
【００１７】
カメラ本体１０は、放映用の映像を撮影し、所定形式の映像信号を出力又は記録媒体に記録するための映像撮像用撮像素子等を含んでいる。撮影レンズ１１は、このカメラ本体１０のマウント部に着脱自在に装着される。
【００１８】
撮影レンズ１１の光学系は、フォーカスレンズ群１４、ズームレンズ群１６、アイリス（絞り）１８、リレーレンズ群２０及びエクステンダー２１等を備える。
【００１９】
エクステンダー２１は、アイリス１８及びリレーレンズ群２０の間に設けられ、光軸Ｏに対して進退移動可能な複数のレンズユニット２１ａを備えている。それぞれのレンズユニット２１ａは、例えば、２倍、等倍、０．８倍等の複数のレンズからなる。
【００２０】
リレーレンズ群２０は、前側リレーレンズ２０Ａと後側リレーレンズ２０Ｂ等で構成され、その前側リレーレンズ２０Ａと後側リレーレンズ２０Ｂとの間の光軸Ｏ上には、撮影レンズ１１を介して入射する被写体光からピント状態検出用の被写体光を分離するためのハーフミラー２２が配置されている。このハーフミラー２２は、そのミラー面２２ａが撮影レンズ１１の光軸Ｏに対して略４５度傾斜して設置されており、前側リレーレンズ２０Ａを通過した被写体光を略直角に反射し、光軸Ｏ′として映像用被写体光から分光する。
【００２１】
ハーフミラー２２を透過した被写体光は、映像用被写体光として撮影レンズ１１の後端側から射出され、カメラ本体１０の撮像部２４に入射される。撮像部２４の構成については詳細説明を省略するが、撮像部２４に入射された被写体光は、例えば、色分解光学系により赤色光、緑色光及び青色光の３色に分解され、色ごとに設けられた映像撮像用撮像素子の撮像面に入射する。これにより、放映用のカラー映像等が撮影される。なお、図中の符号Ｐは、映像撮像用撮像素子の撮像面に対する光学的に等価な位置をピント面Ｐとして撮影レンズ１１の光軸Ｏ上に示したものである。
【００２２】
ハーフミラー２２で反射された被写体光は、ピント状態検出用被写体光として光軸Ｏに対して略垂直な光軸Ｏ′に沿って進行し、結像位置変更レンズ２６を介してピント状態検出部３０に入射する。
【００２３】
ピント状態検出部３０は、ピント状態検出用被写体光を２等分割するビームスプリッタ３２と、そのビームスプリッタ３２で２等分割されたピント状態検出用被写体光が入射される２つのピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢと、これらピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢを駆動する駆動装置３４を備える。
【００２４】
ビームスプリッタ３２は、２つのプリズム３２ａ及び３２ｂから構成されている。上述のように、ハーフミラー２２によって被写体光から分離されたピント状態検出用被写体光は光軸Ｏ′に沿って進行し、まず、プリズム３２ａに入射される。このプリズム３２ａでは、ハーフミラー面３２ｃで反射光と透過光とに分割され、反射光は光軸Ｏ″に沿ってピント状態検出用撮像素子Ａに入射され、透過光はプリズム３２ｂに入射された後、ピント状態検出用撮像素子Ｂに入射される。
【００２５】
なお、各ピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢとしては、例えば、白黒画像を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Devices）や、カラー映像を撮像するＣＣＤが用いられる。
【００２６】
駆動装置３４は、これらピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢをそれぞれ光軸Ｏ″及びＯ′に沿って駆動する。ピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢに対してそれぞれ設けられた駆動装置３４は同様の構造からなるので、ピント状態検出用撮像素子Ａ側の駆動装置３４の詳細を説明する。
【００２７】
図２は、本発明の一実施形態に係るオートフォーカス装置の駆動装置を示す図である。図２（ａ）は側面図であり、図２（ｂ）は平面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、駆動装置３４は、撮影レンズ１１側に設けられた保持枠４０、ピント状態検出用撮像素子Ａ（Ｂ）を支持するフレーム４２、ばね４４、モータ４６、ポテンショメータ４８、雄ねじを周面に備えた回転軸５０を備える。
【００２８】
保持枠４０には、光軸Ｏ′（Ｏ″）と略平行に形成された案内溝４０ａ、４０ｂが形成されており、この案内溝４０ａ、４０ｂによってフレーム４２が光軸Ｏ′（Ｏ″）と平行に摺動自在に支持される。案内溝４０ａ、４０ｂに沿ってフレーム４２を摺動させれば、フレーム４２に支持されたピント状態検出用撮像素子Ａを光軸Ｏ′（Ｏ″）に沿って前後に移動できる（図２（ａ）矢印）。
【００２９】
保持枠４０の案内溝４０ｂの縁部には、フレーム４２に付勢力を与えるばね４４が設けられている。フレーム４２は、このばね４４によって図２（ａ）における右側に向けて常時付勢される。
【００３０】
一方、保持枠４０の上記ばね４４に対向する案内溝４０ｂの縁部には、回転軸５０を回動自在に支持する支持孔５２が形成され、この支持孔５２の内周部には回転軸５０の前記雄ねじと螺合する雌ねじが形成されている。回転軸５０の前端部（図２（ａ）における左側）は、上記フレーム４２に当接しており、回転軸５０の回動に伴うねじの送り作用及び回転軸５０の直進作用によって、フレーム４２を上記ばね４４の付勢力に抗して同図における左側に付勢する。
【００３１】
回転軸５０の後端部にはギヤ５４が取り付けられ、このギヤ５４にはポテンショメータ４８の回転検出用の入力軸５６に取り付けられたギヤ５８が噛合される。さらに、このギヤ５８は、モータ４６の出力軸６０に取り付けられたギヤ６２と噛合されている。
【００３２】
このような構成の駆動装置３４によって、モータ４６を駆動させるとフレーム４２によって支持されたピント状態検出用撮像素子Ａ（Ｂ）を光軸Ｏ′（Ｏ″）に沿って前後に駆動できる。また、ポテンショメータ４８によりギヤ５８の回転が検出される。なお、ポテンショメータ４８による回転検出によってピント状態検出用撮像素子Ａ（Ｂ）の位置が検出されるが、詳細は後述する。
【００３３】
図３は、撮影レンズ１１の主要構成を示すブロック図である。信号処理部７０には、ピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢで撮像された画像が入力される。信号処理部７０は、この映像信号に基づいて撮影レンズ１１のピント状態を検出するものであり、制御手段として機能する中央演算処理装置（ＣＰＵ）７２のほか、Ａ／Ｄ変換器７４、Ｄ／Ａ変換器７６、フォーカスデマンド７８及びズームデマンド８０等を備える。
【００３４】
ＣＰＵ７２は、所定のプログラムに従って撮影レンズ１１内のフォーカスレンズ群１４やズームレンズ群１６等の各機器を制御する制御手段として機能するとともに、ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂの制御手段としても機能する。なお、ＣＰＵ７２は、制御用プログラム及び制御や演算に必要な各種データテーブル等が格納されたＲＯＭのほか、作業用記憶領域として利用されるＲＡＭ等を備えている。
【００３５】
撮影レンズ１１は、マニュアルフォーカス（ＭＦ）又はオートフォーカス（ＡＦ）によりフォーカスが制御される。
【００３６】
ＭＦ時において、フォーカスデマンド７８は撮影レンズ１１の外周に設けられた不図示のフォーカスノブの回転操作量に応じてフォーカスレンズ群１４の移動位置を指令するフォーカスデマンドデータを、Ａ／Ｄ変換器７４を介してＣＰＵ７２に出力する。ＣＰＵ７２は、フォーカスデマンドデータに基づいてフォーカスモータ８２用の駆動回路８４に制御信号を出力し、撮影レンズ１１のフォーカスレンズ群１４を駆動する。なお、ＣＰＵ７２では、取り込んだフォーカスデマンドデータと、フォーカス用のポテンショメータ８６からＡ／Ｄ変換器７４を介して入力されるフォーカスレンズ群１４の位置データとに基づいてフォーカスレンズ群１４の移動速度等が演算される。
【００３７】
一方、ズームデマンド８０は、撮影レンズ１１の外周部に回動自在に設けられたズームリングの回転方向や回転量に応じてズームレンズ群１６の移動速度を指令するズームデマンドデータをＡ／Ｄ変換器７４を介してＣＰＵ７２に出力する。ＣＰＵ７２は、ズームデマンドデータに基づいてズームモータ８８の駆動回路９０に制御信号を出力し、撮影レンズ１１のズームレンズ群１６を駆動する。ＣＰＵ７２では、取り込んだズームデマンドデータと、ポテンショメータ９２からＡ／Ｄ変換器７４を介して入力されるズームレンズ群１６の位置データとに基づいてズームレンズ群１６の移動量等が演算される。
【００３８】
さらに、ＣＰＵ７２は、アイリス１８用のポテンショメータ９４からＡ／Ｄ変換器７４を介して入力される絞り値データと、カメラ本体１０から与えられるアイリス制御信号とに基づいてアイリスモータ９６の駆動量を演算し、Ｄ／Ａ変換器７６を介してアイリスモータ９６用の駆動回路９８にアイリスモータ９６の制御信号を出力する。
【００３９】
このほかにもＣＰＵ７２は、撮影レンズ１１の外側に設けられた不図示のエクステンダー選択レバーの操作に応じ、Ｄ／Ａ変換器７６を介してエクステンダー２１用の駆動回路１０２にエクステンダー２１のレンズユニット変更信号を出力する。これを受けて駆動回路１０２は、エクステンダー２１の駆動用モータ１０４を駆動して、選択されたレンズユニットを光軸Ｏ上に進出させる（図１参照）。なお、符号１０６は、光軸Ｏ上に進出されたレンズユニットの種類を検出するためのセンサである。
【００４０】
ＡＦ時には、ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂで撮像された画像は信号処理部７０のＣＰＵ７２に出力される。ＣＰＵ７２は、ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂから取得した映像信号に基づいて撮影レンズ１１のピント状態を検出する。そして、ＣＰＵ７２は、その検出したピント状態に基づいてＤ／Ａ変換器７６を介してフォーカスモータ８２の駆動回路８４に制御信号を出力し、撮影レンズ１１のフォーカスをＡＦ制御する。このＡＦ制御については後述する。
【００４１】
ピント状態検出用撮像素子Ａにおける駆動装置３４のモータ４６は、駆動回路１１０からの駆動信号に基づき作動される。この駆動回路１１０は、信号処理部７０のＤ／Ａ変換器７６から出力される制御信号に基づいてモータ４６を駆動する。これにより、ピント状態検出用撮像素子Ａが移動制御される。
【００４２】
また、ポテンショメータ４８は、入力軸５６（図２参照）の回転数に基づいてピント状態検出用撮像素子Ａの位置を検出し、その位置データを信号処理部７０のＡ／Ｄ変換器７４に出力する。
【００４３】
ピント状態検出用撮像素子Ｂにおける駆動装置３４も、上記ピント状態検出用撮像素子Ａと同様の構成であり、Ｄ／Ａ変換器７６から出力される制御信号に基づいてモータ４６が駆動され、ピント状態検出用撮像素子Ｂが移動制御される。また、ポテンショメータ４８によってピント状態検出用撮像素子Ｂの位置が検出され、その位置データが信号処理部７０のＡ／Ｄ変換器７４に出力される。
【００４４】
次に、ピント状態の検出処理について具体的に説明する。ピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢにより撮像された被写体の画像は、それぞれ所定形式のビデオ信号として信号処理部７０に出力され、信号処理部７０のハイパスフィルタ１２０ａ及び１２０ｂ、Ａ／Ｄ変換器１２２ａ及び１２２ｂ、ゲート回路１２４ａ及び１２４ｂ、加算器１２６ａ及び１２６ｂによって、画像の鮮鋭度すなわち画像のコントラストを示す焦点評価値（ＶＡ、ＶＢ）の信号に変換された後、ＣＰＵ７２に入力される。例えば、ピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢとして白黒画像を撮影するＣＣＤを用いた場合には、ピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢから信号処理部７０に出力されるビデオ信号は、それぞれの画面を構成する各画素の輝度を示す輝度信号となる。
【００４５】
次に、焦点評価値ＶＡ及びＶＢを求めるまでの処理を説明する。ピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢから出力されたビデオ信号は、それぞれハイパスフィルタ１２０ａ及び１２０ｂに入力されて、その高域周波数成分が抽出される。ハイパスフィルタ１２０ａ及び１２０ｂで抽出された高域周波数成分の信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器１２２ａ及び１２２ｂによってデジタル信号に変換される。そして、ピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢにより撮像された画像の１画面分（１フィールド分）のデジタル信号のうち所定のフォーカスエリア内（例えば画面中央部分）の画素に対応するデジタル信号のみがそれぞれゲート回路１２４ａ及び１２４ｂによって抽出され、抽出された範囲のデジタル信号の値が加算器１２６ａ及び１２６ｂによって加算される。これにより、所定のフォーカスエリア内におけるビデオ信号の高域周波数成分の値の総和が求められ、求められた値が所定のフォーカスエリア内における画像の鮮鋭度の高低を示す焦点評価値ＶＡ及びＶＢとなる。
【００４６】
なお、ピント状態検出用撮像素子Ａ及びＢやゲート回路１２４ａ及び１２４ｂ等の各回路には、図示しない同期信号発生回路から各種同期信号が与えられて各回路の処理の同期が図られている。また、ＣＰＵ７２には、同期信号発生回路からビデオ信号の１フィールドごとの垂直同期信号（Ｖ信号）が与えられている。
【００４７】
ＣＰＵ７２は、このように得られた焦点評価値ＶＡ及びＶＢに基づいて、映像撮像用撮像素子の撮像面（図１に示すピント面Ｐ）に対する撮影レンズ１１の現在のピント状態を検出する。
【００４８】
以下には、本発明に係るオートフォーカス装置の作用を説明する。はじめに、焦点評価値について説明する。図４は、焦点評価値を模式的に示すグラフである。図４において、横軸は撮影レンズ１２のフォーカス位置であり、縦軸は焦点評価値である。図中実線で示す曲線ＳＡ及びＳＢはそれぞれオートフォーカス用撮像素子Ａ及びＢから得られる焦点評価値であり、図中破線で示す曲線ＳＣは映像用撮像素子（Ｐ）から得られる焦点評価値である。曲線ＳＣにおいて、焦点評価値が最大（極大）となる位置Ｆ１が映像撮像用撮像素子Ｃの合焦位置となる。
【００４９】
今、撮影レンズ１１のフォーカス位置が合焦位置Ｆ１に設定された場合、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂから得られる焦点評価値は各曲線ＳＡ、ＳＢの位置Ｆ１に対応する値ＶＡ１、ＶＢ１となる。この場合、各焦点評価値の関係はピント状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値ＶＡ１とピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ１とが同値となり、かつ、映像撮像用撮像素子Ｃにおける焦点評価値ＶＣ１が異なる値となる（ＶＡ１＝ＶＢ１、ＶＡ１≠ＶＣ１、ＶＢ１≠ＶＣ１）。したがって、このようにピント状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値ＶＡ１とピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ１とが同値で、かつ、映像撮像用撮像素子Ｃにおける焦点評価値ＶＣ３が、これら焦点評価値ＶＡ１、ＶＢ１と異なる場合は、撮影レンズ１１のフォーカス位置が合焦位置Ｆ１に設定された状態であることが分かる。
【００５０】
一方、撮影レンズ１１のフォーカス位置が、前記合焦位置Ｆ１よりも至近側の位置Ｆ２に設定された場合、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂから得られる焦点評価値は各曲線ＳＡ、ＳＢの位置Ｆ２に対応する値ＶＡ２、ＶＢ２となる。この場合、ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値ＶＡ２とピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ２の関係は、ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値ＶＡ２がピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ２よりも大きくなる（ＶＡ２＞ＶＢ２）。このようにピント状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値ＶＡ２がピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ２よりも大きい場合は、撮影レンズ１１のフォーカス位置が合焦位置Ｆ１よりも至近側に設定された状態、すなわち、前ピンの状態であることが分かる。
【００５１】
同様に、撮影レンズ１１のフォーカス位置が合焦位置Ｆ１よりも無限遠側の位置Ｆ３に設定された場合、各ピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂから得られる焦点評価値は、各曲線ＳＡ、ＳＢの位置Ｆ３に対応する値ＶＡ３、ＶＢ３となる。この場合、ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値ＶＡ３とピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ３の関係は、ピント状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値ＶＡ３がピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ３よりも小さくなる。このようにピント状態検出用撮像素子Ａから得られる焦点評価値ＶＡ３がピント状態検出用撮像素子Ｂから得られる焦点評価値ＶＢ３よりも小さい場合は、撮影レンズ１１のフォーカス位置が合焦位置Ｆ１よりも無限遠側に設定された状態、すなわち、後ピンの状態であることが分かる。
【００５２】
ここで、撮影レンズ１１のズームレンズ群１６を操作して焦点距離をワイド側とするほど（短くするほど）、光路長差に対応するピント位置の変位量が大きくなり、曲線ＳＡ、ＳＢがフォーカス位置に対して離間し、焦点評価値の差異が検出できない場合には、ピント状態検出用撮像素子Ａとピント状態検出用撮像素子Ｂの位置を光路長差が小さくなるように移動し、曲線ＳＡ、ＳＢを接近させることによってピント状態の検出が可能になる。
【００５３】
このように、本実施の形態に係るオートフォーカス装置によれば、ピント状態検出用撮像素子をピント状態検出用被写体光の光軸方向に沿って前後移動させて最適な光路長差を設定でき、適切なピント状態の検出が常に行なえる。
【００５４】
次に、ＡＦ枠操作部１２について説明する。図５は、ＡＦ枠操作部１２を示す平面図である。図５に示すように、ＡＦ枠操作部１２は、ジョイスティック１３０、ＡＦスタートスイッチ１３２及び追尾開始スイッチ１３４を備える。ジョイスティック１３０は、撮影画面内においてＡＦエリアの位置を指定するための操作部材である。ＡＦスタートスイッチ１３２は、上記ジョイスティック１３０によって指定されたＡＦエリア内の被写体がベストピントになるように、オートフォーカスを行うための操作部材である。追尾開始スイッチ１３４は、撮影画面内においてベストピントの被写体の移動に合わせて、ＡＦエリアを自動的に追尾させる自動追尾モードを開始するためのスイッチである。
【００５５】
図６は、撮影画面を示す図である。図６に示すように、撮影画面１４０は、複数の領域１４０Ａに分割されている。符号１４２は、撮影画面内においてＡＦエリアを示すＡＦ枠である。本実施形態のオートフォーカス装置は、撮影画面１４０内の領域１４０Ａごとにピント状態を検出する。なお、図６では、ベストピントの被写体を含む領域１４０Ａには符号「０」、前ピンの被写体を含む領域１４０Ａには符号「＋」、後ピンの被写体を含む領域１４０Ａには符号「−」が表示されている。なお、上記の「０」、「＋」及び「−」も表示されていない領域１４０Ａは、ピントが合っていない（ボケ）又は被写体が含まれていない領域である。
【００５６】
本実施形態では、まず、図６に示すように、ジョイスティック１３０からの操作入力により、ＡＦ枠１４２が主要被写体１４４（人物）の位置に移動する。そして、ＡＦスタートスイッチ１３２が押下されると、ＡＦ枠１４２内の主要被写体１４４がベストピントになるように、オートフォーカスが行われる。このとき、図６及び図７に示すように、ＡＦ枠１４２付近の被写体１４４（人物）を含む領域群はベストピントになり、被写体１４４の図６における右側の被写体１４６（木）を含む領域群は後ピン、同左側の被写体１４８（コントラストが高い被写体、例えば、輝度差が大きい複数の色の物体）は前ピンになった。この各領域１４０Ａのピント状態は、ＣＰＵ７２によって検出されて、ＲＡＭに記憶される。
【００５７】
次に、追尾開始スイッチ１３４が押下されて自動追尾モードに設定されると、ＣＰＵ７２によってＲＡＭに記憶された各領域１４０Ａのピント状態が参照されて、上記ベストピントの領域群（図６のＡＦ枠１４２内及びその近傍において「０」が図示されている領域群）の移動が検出される。そして、このベストピントの領域群の移動に合わせてＡＦ枠１４２が移動するとともに、このＡＦ枠１４２内の被写体１４４がベストピントとなるように、自動的にフォーカシングが行われる。
【００５８】
なお、本実施形態では、例えば、自動追尾モード中に追尾開始スイッチ１３４が押下されると、自動追尾モードが解除され、主要被写体１４４の移動に合わせたＡＦ枠１４２の移動が停止する。この場合、ジョイスティック１３０により、ＡＦ枠１４２の位置を手動により指定できる。
【００５９】
また、自動追尾モード中にジョイスティック１３０が操作されると、自動追尾が停止し、ジョイスティック１３０による手動操作が優先して受け付けられるようにしてもよい。
【００６０】
図７は、図６の撮影画面内の被写体のピント状態を模式的に示すグラフである。図７の横軸はフォーカスレンズ群１４のフォーカス位置であり、縦軸は焦点評価値である。図７では、領域１４０Ａごとに検出された３つの被写体１４４〜１４８の焦点評価値が同じグラフに示されている。図７に示すように、主要被写体１４４の焦点評価値は、被写体１４６及び１４８と比較して低いが、領域１４０Ａごとにピント状態（ベストピント、前ピン、後ピン又はボケ等）を検出することにより、主要被写体１４４がベストピントとなるようにＡＦ枠１４２を追尾することができる。
【００６１】
次に、自動追尾モード時における処理の流れについて、図８を参照して説明する。図８は、自動追尾モード時におけるＣＰＵ７２の処理の流れを示すフローチャートである。まず、ジョイスティック１３０からの操作入力により、ＡＦ枠１４２が主要被写体１４４に重なるように設定される（ステップＳ１０）。なお、ステップＳ１０では、主要被写体１４４のサイズや形状に応じて、ＡＦ枠１４２のサイズや形状を調整できるようにしてもよい。次に、ＡＦスタートスイッチ１３２が押下されると、ＡＦ枠１４２内の主要被写体１４４がベストピントになるように、オートフォーカスが行われる（ステップＳ１２）。
【００６２】
その次に、自動追尾モードに設定されていない場合には（ステップＳ１４のＮｏ）、ステップＳ１０に戻り、手動によるＡＦ枠の設定が継続される。一方、追尾開始スイッチ１３４が押下されており、自動追尾モードに設定されている場合には（ステップＳ１４のＹｅｓ）、撮影画面１４０内の領域１４０Ａごとにピント状態が検出され、ＲＡＭに記憶される（ステップＳ１６）。そして、ＲＡＭに記憶された各領域１４０Ａのピント状態が参照されて、上記ベストピントの領域群（図６において「０」が図示されている領域群）の移動が検出される。このベストピントの領域群の移動に合わせてＡＦ枠１４２が移動するとともに（ステップＳ１８）、このＡＦ枠１４２内の被写体１４４がベストピントとなるように、自動的にフォーカシングが行われる（ステップＳ２０）。ステップＳ１８では、ＡＦ枠１４２は、例えば、ベストピントの領域群全体を包含するように移動するようにしてもよいし、ＡＦ枠１４２の中心（又は重心）がベストピントの領域群の重心と一致するように移動するようにしてもよい。また、ベストピントの領域群のサイズが変化した場合には、サイズの変化に合わせてＡＦ枠１４２のサイズが変化するようにしてもよい。
【００６３】
そして、自動追尾モードによる撮影が継続している場合には（ステップＳ２２のＮｏ）、ステップＳ１６に戻る。一方、追尾開始スイッチ１３４が押下されて、自動追尾モードが解除されるか、又は、撮影が終了すると（ステップＳ２２のＹｅｓ）、上記処理が終了する。
【００６４】
本実施形態によれば、撮影画面１４０内の領域１４０Ａごとにピント状態（ベストピント、前ピン、後ピン又はボケ等）を検出することにより、主要被写体１４４よりもコントラストが高い被写体がある場合にも、主要被写体１４４を正確に検出して、ＡＦ枠１４２を追尾させることができる。
【００６５】
なお、上記ステップＳ１８において、撮影画面１４０内のベストピントの領域群が複数に分かれる場合、例えば、ＡＦ枠１４２内の複数の被写体（人物）がバラバラに動きだした場合が考えられる。このような場合、ＡＦ枠１４２は、例えば、最もサイズが大きい又は小さい領域群や、コントラストが高い領域群に合わせて移動するようにするとよい。また、ジョイスティック１３０からの手動によるＡＦ枠１４２の設定を促すような表示をするようにしてもよい。
【００６６】
また、本実施形態では、自動追尾モード中にズーミングが行われた場合には、ズーミングに合わせてＡＦ枠１４２の大きさが調整されるようにしてもよい。
【００６７】
さらに、本実施形態では、光路長が異なる複数のピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂを設けることにより、撮影画面１４０内の領域１４０Ａごとのピント状態を検出するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、フォーカスレンズ群１４のワブリングを行って、焦点評価値を検出し、各領域１４０Ａのピント状態を検出するようにしてもよい。
【００６８】
また、本実施形態のオートフォーカス装置の構成は、上記に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、モータ４６によってピント状態検出用撮像素子Ａ、Ｂを駆動させる構成としたが、圧電素子等を用いたアクチュエータによって駆動する構成としてもかまわない。
【００６９】
また、本実施形態では、放送用等のテレビカメラシステムにおける撮影レンズに本発明のオートフォーカス装置を適用した例を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、例えば、デジタルカメラ等の既存のカメラの撮影レンズにも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態に係るオートフォーカス装置が適用されるテレビカメラシステムの主要構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係るオートフォーカス装置の駆動装置を示す図
【図３】撮影レンズ１１の主要構成を示すブロック図
【図４】焦点評価値を模式的に示すグラフ
【図５】ＡＦ枠操作部１２を示す平面図
【図６】撮影画面を示す図
【図７】図６の撮影画面内の被写体のピント状態を模式的に示すグラフ
【図８】自動追尾モード時におけるＣＰＵ７２の処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
【００７１】
１…テレビカメラシステム、１０…カメラ本体、１１…撮影レンズ、１２…ＡＦ枠操作部、１４…フォーカスレンズ群、１６…ズームレンズ群、１８…アイリス（絞り）、２０…リレーレンズ群、２１…エクステンダー、２２…ハーフミラー、２４…撮像部、２６…結像位置変更レンズ、３０…ピント状態検出部、３２…ビームスプリッタ、３２ａ、３２ｂ…プリズム、３４…駆動装置、４０…保持枠、４２…フレーム、４４…ばね、４６…モータ、４８…ポテンショメータ、５０…回転軸、５２…支持孔、５４…ギヤ、５６…ポテンショメータ４８の入力軸、５８…ギヤ、６０…モータ４６の出力軸、６２…ギヤ、７０…信号処理部、７２…中央演算処理装置（ＣＰＵ）、７４…Ａ／Ｄ変換器、７６…Ｄ／Ａ変換器、７８…フォーカスデマンド、８０…ズームデマンド、８２…フォーカスモータ、８４…フォーカスモータ８２用の駆動回路、８６…フォーカス用のポテンショメータ、８８…ズームモータ、９０…ズームモータ８８の駆動回路、９２…ポテンショメータ、９４…アイリス１８用のポテンショメータ、９６…アイリスモータ、９８…アイリスモータ９６用の駆動回路、１０２…エクステンダー２１用の駆動回路、１０４…エクステンダー２１の駆動用モータ、１０６…センサ、１１０…駆動回路、１２０ａ、１２０ｂ…ハイパスフィルタ、１２２ａ、１２２ｂ…Ａ／Ｄ変換器、１２４ａ、１２４ｂ…ゲート回路、１２６ａ、１２６ｂ…加算器、１３０…ジョイスティック、１３２…ＡＦスタートスイッチ、１３４…追尾開始スイッチ、１４０…撮影画面、１４０Ａ…撮影画面を分割した領域、１４２…ＡＦ枠、１４４…主要被写体、１４６、１４８…被写体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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